Nouvelle méthode de diagnostic optique des plasmas thermiques : application au mélange argon-hydrogène-hélium

par Marie-Emilie Rouffet

Thèse de doctorat en Physique des plasmas

Sous la direction de Alain Gleyzes.

Soutenue en 2008

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    Les plasmas thermiques sont des systèmes complexes utilisés dans de nombreuses applications industrielles. Leurs propriétés intrinsèques et les transferts d'énergie qui s'y déroulent sont de plus en plus étudiés pour la complexité des phénomènes physiques mis en jeu. La température est une des grandeurs particulièrement pertinente à étudier, car elle est d'une part un élément de contrôle du bon déroulement des processus, et d'autre part un paramètre clé dans la connaissance des propriétés des plasmas. Les travaux réalisés ont consisté à développer une nouvelle technique de mesure simple et fiable de la température d'un plasma, qui puisse s'appliquer rapidement sur des réacteurs à plasmas industriels. Nous avons restreint notre étude au mélange Ar-H2-He. Dans un premier temps, le rayonnement théorique du plasma a été calculé. Pour cela, nous avons considéré d'une part le fond continu, et d'autre part les raies. Pour des températures comprises entre 5 kK et 30 kK, les calculs radiatifs de 30 nm à 4500 nm ont permis d'établir une base de données théoriques servant de point de départ pour la réalisation pratique de l'étude. En parallèle, un dispositif expérimental a été développé, avec la mise en place d'un arc stabilisé par paroi. Les émissivités du plasma ont été recueillies par spectroscopie d'émission pour des arcs établis dans l'argon pur et dans les mélanges Ar-H2. Une comparaison des valeurs expérimentales et théoriques a permis de déterminer la température du plasma. L'évaluation de cette température par des techniques classiques de spectroscopie d'émission a complété la validation de notre nouvelle méthode de diagnostic.

  • Titre traduit

    New optical diagnostic method for thermal plasmas : application to argon-hydrogen-helium mixture


  • Résumé

    Thermal plasma temperature is a key parameter in the study of intrinsic properties as well as in the control and optimization of industrial processes. To determine the temperature, emission spectroscopy is often used because the intensity of the plasma radiation changes strongly according to its temperature. A new diagnostic method to evaluate thermal plasma temperature is investigated. Both simple and reliable, this technique can fast be applied on industrial reactors. This method in principle consists of using the relative and absolute dependencies on temperature of the emitted plasma radiation in various spectral regions. The technique needs a preliminary study to calculate these relations. So the theoretical plasma radiation was calculated. We have considered the continuum, by paying a particular attention in atomic and molecular contributions, and the lines, by taking into account the absorption. Radiative calculations are allowed to establish a base of theoretical data, from 30 nm to 4500 nm and 5 kK to 30 kK, for Ar-H2-He plasma mixtures at atmospheric pressure. An experimental study was carried out to validate the methods. The set-up is composed of a wall-stabilized arc and a multichannel spectrometer. Values of temperature o btained by the new method are compared with literature and the classical measurements based on absolute line intensity method. We limit to work in pure argon and Ar-H2 mixture. Experimental results are presented and discussed.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (187 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 181-187

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2008TOU30151
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